TEKNISKE LØSNINGER TIL UDVINDING AF PROTEIN FRA · Økologi-kongres 2015 aarhus morten ambye-jensen universitet institut for ingeniØrvidenskab au tekniske lØsninger til udvinding

Ændr 2. linje i overskriften til AU Passata Light

25. NOVEMBER 2015 ØKOLOGI-KONGRES 2015

MORTEN AMBYE-JENSEN AARHUS

UNIVERSITET INSTITUT FOR INGENIØRVIDENSKAB

AU

TEKNISKE LØSNINGER TIL UDVINDING AF PROTEIN FRA KLØVERGRÆS MORTEN AMBYE-JENSEN ANDERS PETER ADAMSEN, SIMON KRISTENSEN, SIMON FINNEMANN JENSEN

AARHUS UNIVERSITET INSTITUT FOR INGENIØRVIDENSKAB


MORTEN AMBYE-JENSEN

INSTITUT FOR INGENIØRVIDENSKAB

AARHUS UNIVERSITET AU

Overskrift én linje Bold eller Regular

Underoverskrift én linje

For at få punktopstilling på teksten

(flere niveauer findes), brug ‘Forøg listeniveau’

For at få venstrestillet tekst uden punktopstilling, brug

‘Formindsk listeniveau’

OVERSIGT

•  Udvinding af græsprotein generelt

•  Multiplant projektet

•  AU pilot anlæg i Foulum

•  Hvad er udfordringerne?


MORTEN AMBYE-JENSEN




PROTEINUDVINDING FRA GRØN BIOMASSE

En-mavede dyr

Drøvtyggere

Græs-bioraffinaderi

Biogas- anlæg

Gødning Gylle

Protein- Koncentrat

Fibre

Kraft/Varme Rest-

saft

Fødevare

3


MORTEN AMBYE-JENSEN




PROTEINUDVINDING FRA GRØN BIOMASSE

En-mavede dyr

Drøvtyggere

Biogas- anlæg

Gødning Gylle

Protein- Koncentrat

Fibre

Kraft/Varme Rest-

saft

Presning

Neddeling Protein-fældning

Fraktionering

Fødevare

4


MORTEN AMBYE-JENSEN




TØRSTOF OG PROTEIN UDBYTTER

Vigtige faktorer Plantens modenhed

Tørstof i planten Protein indhold

Fraktionerings metode Udfældnings metode

Hvor frisk planten er ved processering

Fraktionering

Protein udfældning

& separation

Hel plante DM =100% Protein = 100%

Fiber DM = 50-70% Protein = 40-60%

Protein koncentrat DM = 10-20% Protein = 30-60%

Rest juice. DM = 10-20% Protein = 0-10%

Juice

5


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular INDLEDENDE STUDIER

Amino acid (% of total AA)

Human requirements

Soy bean White clover Red clover Lucerne Ryegrass

Cysteine 0.6 1.6 0.7 0.9 1.0 0.9

Lysine 4.5 5.9 6.1 6.1 6.4 5.9

Methionine 1.6 1.1 1.9 1.9 1.8 2.1

Results from Damborg (2014).

u  Screening af forskellige grønne biomasser

Hvidkløver, Rødkløver, Lucerne & Rajgræs

u  Næringsstof evaluering af protein koncentrat

Rotte eksperiment -> model for en-mavede dyr

6


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular FLERE KVALITETER AF FODER PROTEIN

Juice Inddampning Tørtjuice-koncentrat

Protein-udfældningogsepara;on

KonserveretvådproteinkoncentratForsuring

Vådproteinpasta

Tørring Tørtprotein-koncentrat

Opgraderingafprotein

koncentra;on

OpgraderettørtproteinkoncentratTørringRestjuice

S;gend

eprocesom

kostninger


MORTEN AMBYE-JENSEN








Udfordringer i økologisk planteavl: •  Lav frugtbarhed og ukrudt •  Udfasning af konventionel gylle •  Lav biodiversitet

Potential løsning: •  Flerårige kvælstoffikserende mangeartsblandinger med højværdi i

form af proteinudvinding, energi og kvalitetsgrovfoder

Projektleder: Jørgen Eriksen, AU Foulum Mail: [email protected]

MULTIPLANTFLERÅRIGE HØJVÆRDIAFGRØDER I ØKOLOGISK PLANTEPRODUKTION


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular ORGANISERINGAFMULTIPLANT

AU–Agroøkologi,Husdyrvidenskab,Bioscience,IngeniørvidenskabKU–Inst.forFødevare-ogRessourceøkonomiSeges,ØkologiskLandsforening,AgroBusinessParkDLF-Trifolium,PlanEnergi,VestjyllandsAndel

Biogas

Protein

Systemanalyse

Demo/formidling

Frugtbarhed

Bestøvere

Marken


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular MARKFORSØGIMULTIPLANT

BlandingerHlproteinudvinding,energiogbestøverer•  5forsøg•  4lokaliteter•  10blandinger•  3høststrategier(1,2og4slæt/år)

Arts grupper Arter

Græs Alm. rajgræs

Stærke bælgplanter Hvidkløver, rødkløver og lucerne

Stærke urter Cikorie, kommen og lancet vejbred

Svage urter Kællingetand, bibernelle, blåhat, alm. brunelle, vild kørvel


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular MARKFORSØGIMULTIPLANT

Arts grupper Arter

Græs Alm. rajgræs

Stærke bælgplanter Hvidkløver, rødkløver og lucerne

Stærke urter Cikorie, kommen og lancet vejbred

Svage urter Kællingetand, bibernelle, blåhat, alm. brunelle, vild kørvel

Nr Græs Bælgplanter Stærke urter

Svage urter

Protein

1 0 Hvidkløver 0 0

2 0 Rødkløver 0 0

3 0 Lucerne 0 0

4 0 Hvidkl. +Rødkl. + Lucerne (10+80+10) 0 0

5 0 Hvidkl. +Rødkl. + Lucerne (10+10+80) 0 0


MORTEN AMBYE-JENSEN




MORTEN AMBYE-JENSEN




…OGSÅ IKKE-ØKOLOGISKE FORSKNINGSPROJEKTER PÅ PROTEINUDVINDING FRA GRØN BIOMASSE

www.biovalue.dk www.dca.au.dk/forskning/biobase



MORTEN AMBYE-JENSEN AARHUS

UNIVERSITET INSTITUT FOR INGENIØRVIDENSKAB

AU

AU GRASS REFINERY PILOT PLANT

Aarhus

AU Foulum


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular PILOT ANLÆG FLOW DIAGRAM

Neddeling

Shredder

Fraktionering

Skruepresse

Protein koncentrat

Ensilering

Protein udfældning

Varmeveksler

Væske/protein separation

Centrifuge

Biogas

Grøn Biomasse

Kraft/ Varme

Kvæg foder

Fiber 25-35% TS

Juice 6-12% TS

Biomasse input og blander

20-40% TS

Residue juice 3-8% TS

0-70% recirkulering

15-25% TS

Tank

15


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular INDFØDNING OG NEDDELING

16

Neddeling

Shredder

Fraktionering

Skruepresse

Protein koncentrat

Ensilering

Protein udfælgning

Varmeveksler

Liquid/solid separation

Centrifuge

Biogas

Grøn Biomasse

Kraft/ Varme

Kvæg foder

Fiber 25-35% TS

Juice 6-12% TS


20-40% TS


0-70% recirkulering

15-25% TS

Tank


MORTEN AMBYE-JENSEN







Overskrift MAKS. én linje

u Cormall multi feed mixer

u 15m3, snegle, vægt sensor

u Shredder

u Mere tværkræft end snitning

u Transportbælte

17

BIOMASSE INDFØDNING


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular FRAKTIONERING

18

Neddeling

Shredder

Fraktionering

Skruepresse

Protein koncentrat

Ensilering

Protein udfælgning

Varmeveksler

Liquid/solid separation

Centrifuge

Biogas

Grøn Biomasse

Kraft/ Varme

Kvæg foder

Fiber 25-35% TS

Juice 6-12% TS


20-40% TS


0-70% recirkulering

15-25% TS

Tank


MORTEN AMBYE-JENSEN



19

u Biomassen snegles ind

u 100-250 μm filter

u Ekstra tyndt mellemrum til filter-kage

u Separate juice udtag

SKRUEPRESSE- PROTOTYPE


MORTEN AMBYE-JENSEN



20

SKRUEPRESSE- PROTOTYPE


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular FRAKTIONERING

21

Neddeling

Shredder

Fraktionering

Skruepresse

Protein koncentrat

Ensilering

Protein udfældning

Varmeveksler

Væske/protein separation

Centrifuge

Biogas

Grøn Biomasse

Kraft/ Varme

Kvæg foder

Fiber 25-35% TS

Juice 6-12% TS


20-40% TS


0-70% recirkulering

15-25% TS

Tank


MORTEN AMBYE-JENSEN



u Varmeveksler

u Spiral konfiguration for at forbygge tilstopning

u Opvarmning: 10 à 80°C

u Mulighed for nedkøling: 80 à 20°C

u Dekantercentrifuge

u Centrifuge capacity 0,5-3 m3/timen

u Pumper væsken ud for at undgå skum

22

PROTEIN UDFÆLDNING OG SEPARATION


MORTEN AMBYE-JENSEN



23

PROTEIN UDFÆLDNING OG SEPARATION


MORTEN AMBYE-JENSEN



24

Der er kørt to tests af hver 4 tons frisk biomasse

hhv. rødkløver og rajgræs

Der er produceret i alt 150 kg våd protein koncentrat (ca. 30% TS)

Nu skal der optimeres!

STATUS


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular UDFORDRINGER FOR IMPLEMENTERING

Ø  Logistik Ø  Proteinet skal udvindes mens biomassen er frisk

Ø  Produktion kun mulig i vækstperioden

Ø  meget vand (> 80% af biomassen er vand)

Ø  Fordøjelighed (ANF-antinutritional factors) Ø  Hvor stort et problem er det?

Ø  Kan vi fjerne dem?

Ø  Økonomisk holdbarhed

Logistik modellering

Praktisk erfaring

Fokus på foder forsøg og analyser

Optimering af processen

Evt. yderligere opgradering

Optimering på hele systemet

Bedst mulig udnyttelse af fiber og restjuice


TAK FOR OPMÆRKSOMHEDEN

Morten Ambye-Jensen [email protected]


MORTEN AMBYE-JENSEN




FØRSTE MODELLERING – DECENTRAL ANLÆG


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular DECENTRAL ANLÆG

28

Ø  20,000 t TS/år - 10 t TS/time på anlæg

Ø  I kombination med biogasanlæg

Ø  Ingen tørring af proteinkoncentrat

Ø  Anvendes til vådfoder

Ø  Placeret tæt på malkekøer og svineproduktion

Ø  Traktor transport

Græs- mark

Biomasse Grøn biomasse dyrket 30% Grøn biomasse udbytte 15t TS/ha

Dyrket område 1.667 ha

Gennemsnit radius (½ areal) 3.0km

Længste radius

4.2 km

Græs- mark

AU BioBase


MORTEN AMBYE-JENSEN



Overskrift én linje Bold eller Regular ØKONOMI - DECENTRAL ANLÆG

Ø  Forudsætninger:

Ø  Decentral anlæg

Ø  Produktion maj – sept./okt. 2000 driftstimer

Ø  Restbiomasse i saft anvendes til biogas

Ø  omkostningsneutrol

Ø  Næringsstoffer, P og K, tilbage med afgasset gylle

Ø  Protein-koncentat: 3,0 kr./kg

Ø  Græsfibre: 1,3 kr./kg

Ø  Biomasse: 0,7 kr./kg

Bioraffinering t.kr. Proteinkoncentrat 13.410 Græsfibre 13.984 Indtjening 27.394 Biomasse 13.983 DB I 13.411 Energi 1.788 Aflønning 745 Vedligehold 745 Omkostning II 3.278 DB II 10.132 Rente og afskrivning 1.436 Resultat 8.696

Raffineringsomkostning pr. ton TS 236


MORTEN AMBYE-JENSEN



30

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50% C

AP

EX

Gra

ss

Pro

tein

Gra

ss fi

bre

Ret

urn

on in

vest

men

t Central scenario

± 20% of costs and selling prices

-20%

-10%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

CA

PE

X

Gra

ss

Pro

tein

Gra

ss fi

bre

Decentral scenario ± 20% of costs and selling prices

SENSITIVITY ANALYSIS

AU BioBase


MORTEN AMBYE-JENSEN








PROTEIN MANGEL ER IKKE KUN ET PROBLEM I ØKOLOGISK REGI HELE EU MANGLER ALTERNATIVER TIL SOJAPROTEIN

›  Kødproduktionen i EU er 75% afhængig af sojaprotein import fra sydamerika

›  Det svare til et areal på størrelse med England

›  EU food industry is vulnerable to world market changes

›  Soy protein production adds to soil depletion due to unsustainable

carbon and nutrient flux out of South America!

›  Soy protein qualities for feed:

High protein content / Essential amino acids / Stable quality

31

AU BioBase


MORTEN AMBYE-JENSEN




GLOBAL TRENDS

›  Increasing population

›  Increasing prosperity

›  Increasing meat production of especially monogastric animals (pigs and poultry)

More people will demand

more meat in their diet

32

AU BioBase


MORTEN AMBYE-JENSEN




ARGUMENTS FOR USING GREEN BIOMASS PROTEIN

u  Green leafs are the origin of protein synthesis -> No translocation losses

u  Active growth during the entire growth season -> Several harvest

u  Perennial growth -> Soil carbon generation and Less nitrate leaching

u  Integrated in crop rotation management -> Increasing biodiversity

High yields

[Protein ha-1 yr-1]

Environmental

benefits

33

AU BioBase

Documents

TEKNISKE LØSNINGER TIL UDVINDING AF PROTEIN FRA · Økologi-kongres 2015 aarhus morten ambye-jensen universitet institut for ingeniØrvidenskab au tekniske lØsninger til udvinding